Thành phần chất tải lạnh gốc glycol

Thành phần chất tải lạnh gốc glycol được xác định dựa trên cơ sở lý thuyết và kết quả của các tiêu chuẩn thử nghiệm quy định.

{tocify} $title = {Mục lục bài viết}

Các tiêu chuẩn được dùng để tiến hành nghiên cứu thành phần chất tải lạnh gốc glycol bao gồm:

Các phương pháp phân tích hóa lý.
Các phương pháp thử nghiệm độ ăn mòn của chất tải lạnh.

Các thành phần chính trong chất tải lạnh bao gồm:

Glycol.
Phụ gia chống ăn mòn, chống oxy hóa.
Phụ gia chống tạo bọt.
Nước.

Xác định hợp chất glycol sử dụng trong chất tải lạnh

Hợp chất glycol là thành phần chủ yếu của chất tải lạnh có tác dụng tạo dung dịch với nước để hạ điểm đông. Tính chất của hợp chất glycol ảnh hưởng lớn đến chất lượng chất tải lạnh sử dụng. Kết quả phân tích một số tính chất hoá lý của các hợp chất glycol được đưa ra trong bảng dưới đây:

TT	Tính chất	MEG	DEG	PG
1	Cảm quan	Không màu, trong suốt	Không màu, trong suốt	Không màu, trong suốt
2	Khối lượng phân tử	62,1	106,12	76,094
3	Áp suất hơi ở 25o C, mmHg	<0,1	<0,01	0,13
4	Sức căng bề mặt ở 25o C, mN/m	48	44	36
5	Tỷ nhiệt, kJ/kg K	2,43	2,30	2,48
6	Nhiệt độ sôi, °C	196-198	240-247	186-189
7	Ẩn nhiệt hoá hơi, kJ/kg	858,3	545,2	976,5
8	Tỷ trọng ở 25°C, kg/l	1,110	1,111	1,032
9	Độ dẫn nhiệt, W/m K	0,2577	0,2032	0,2060
10	Độ nhớt ở 25°C, cp	16,9	25,3	48,6
11	Nhiệt độ đông đặc, °C	-13,4	-8,7	<-51
12	Chỉ số khúc xạ ở 25°C	1,430	1,446	1,431
13	Độ hoà tan trong nước	hoàn toàn	hoàn toàn	hoàn toàn
14	Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, °C	111	138	104
15	Trị số LD₅₀ (thử nghiệm đối với chuột), mg/kg	6100	16600	33700

Từ các số liệu trong bảng trên có thể nhận thấy hợp chất Propylen glycol (PG) phù hợp nhất khi sử dụng trong chất tải lạnh vì có các chỉ tiêu hoá lý phù hợp. Hơn nữa, propylen glycol có độ độc thấp nhất trong các hợp chất glycol khác. Đồng thời, PG được thế giới công nhận an toàn đối với thực phẩm và MPG là hợp phần thích hợp trong dược phẩm và có trong danh sách dược điển.

Khảo sát xác định tỷ lệ thành phần glycol/nước

Kết quả phân tích nhiệt độ đông đặc của dung dịch PG/nước với các nồng độ PG khác nhau được đưa ra ở bảng và tác dụng hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch PG/nước được đưa ra ở hình dưới đây:

% thể tích PG trong nước cất	0	10	20	30	40	50	60	65	70	100
Nhiệt độ đông đặc, ºC	0	-4	-8	-12	-21	-34	-51	-54	-55	-59

Bảng: Nhiệt độ đông đặc của dung dịch PG/nước.

Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ PG đến nhiệt độ đông đặc của dung dịch.

Từ hình trên cho thấy nhiệt độ đông đặc của dung dịch PG/nước thấp hơn so với nhiệt độ đóng băng của nước (0ºC). Càng tăng nồng độ glycol thì nhiệt độ đông đặc của dung dịch sẽ càng giảm. Có thể nhận thấy đường nhiệt độ đông đặc có độ dốc lớn nhất tại thành phần dung dịch có tỷ lệ thể tích glycol/nước từ 30%/70% đến 65%/35% cho thấy tác dụng hạ nhiệt độ đông đặc cao nhất, với tỷ lệ glycol/nước từ 65%/35% – 100%/0% thì tác dụng hạ điểm đông đông đặc thấp (chênh lệch 5ºC). Do vậy tỷ lệ glycol/nước được lựa chọn trong khoảng từ 30%/70% đến 65%/35%.

Khảo sát lựa chọn tỷ lệ sử dụng phụ gia chống ăn mòn

Để nâng cao khả năng chống ăn mòn các kim loại trong hệ thống làm lạnh, chất ức chế ăn mòn được sử dụng trong hệ chất lỏng này là hợp chất dung môi Monoethanolamine (MEA)

Xem chi tiết: Dung môi Monoethanolamine (MEA)

Tính chất chống ăn mòn của chất tải lạnh gốc glycol được quyết định bởi hàm lượng phụ gia ức chế ăn mòn trong chất tải lạnh.

Kết quả phân tích độ tạo gỉ trên bề mặt trên bề mặt tấm gang theo phép thử độ ăn mòn MEA của các mẫu chất tải lạnh dạng đặc với hàm lượng chất ức chế ăn mòn từ 1,5 – 5 % khối lượng được pha trong nước ăn mòn với tỷ lệ chất tải lạnh dạng đặc/nước ăn mòn là 33%/67% thể tích được thể hiện ở hình dưới đây:

Hiệu quả của phụ gia chống ăn mòn.

Từ hình trên có thể nhận thấy nồng độ thấp nhất mà chất ức chế ăn mòn ngăn chặn hoàn toàn sự tạo thành gỉ trên bề mặt tấm gang là 3% khối lượng.

Khảo sát lựa chọn tỷ lệ sử dụng phụ gia chống tạo bọt

Bọt sinh ra trong chất tải lạnh sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt trên bề mặt truyền nhiệt và khi bọt bị vỡ sẽ tạo thành trên bề mặt truyền nhiệt áp suất do đó gây ra hiện tượng ăn mòn xâm thực phá vỡ hệ thống. Ngoài ra bọt cũng là nơi chứa oxy tự do trong hệ thống làm lạnh do đó làm tăng tốc độ ăn mòn, giảm nhanh khả năng chống ăn mòn của chất ức chế ăn mòn.

Chất chống tạo bọt được sử dụng trong hệ chất lỏng này là copolyme etylen oxit – propylen oxit. Khả năng chống tạo bọt của phụ gia này được khảo sát bằng phương pháp đo độ tạo bọt theo tiêu chuẩn ASTM D1881. Kết quả đo độ tạo bọt của các mẫu với phụ gia chống tạo bọt từ 0 – 0,05% khối lượng trong dung dịch glycol/nước (tỷ lệ50/50) có phụ gia chống ăn mòn là 5% khối lượng được đưa ra trong bảng dưới đây:

Hàm lượng phụ gia chống tạo bọt, % khối lượng	Thể tích bọt sau 5 phút, ml	Thời gian vỡ bọt, giây
0	250	> 60
0,01	120	40
0,03	40	15
0,04	30	7
0,05	20	3
Giới hạn	≤150	≤ 5

Bảng: Kết quả phân tích độ tạo bọt của dung dịch chất tải lạnh có phụ gia chống tạo bọt từ 0 – 0,05% khối lượng.

Từ bảng trên cho thấy tác dụng của phụ gia chống tạo bọt, càng tăng hàm lượng chất chống tạo bọt từ 0 – 0,05% thì độ tạo bọt và thời gian vỡ bọt của dung dịch chất tải lạnh càng giảm. Có thể nhận thấy độ tạo bọt và thời gian vỡ bọt trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn ASTM D1881 thu được tại hàm lượng chất chống tạo bọt thấp nhất là 0,05% khối lượng.

Thành phần của chất tải lạnh gốc glycol

Đối với chất tải lạnh để đưa vào sử dụng với độ tin cậy cao thì người sản xuất cũng như người sử dụng luôn dựa vào những tính chất hoá lý và tính năng đã được kiểm tra trong phòng thí nghiệm cũng như kết quả thử nghiệm hiện trường.

Trong thực tế, tuỳ theo yêu cầu nhiệt độ làm việc của hệ thống làm lạnh mà chất tải lạnh có nhiệt độ đông đặc thích hợp để đảm bảo các tính chất truyền nhiệt ở mức cao nhất mà vẫn đảm bảo các tính chất cơ bản như tính chống đông đặc và chống ăn mòn đồng thời giảm chi phí vận chuyển chất tải lạnh đến nơi sử dụng. Do đó chất tải lạnh có các thành phần nước khác nhau được lựa chọn thích hợp sử dụng trong thực tế.

Từ các kết quả phân tích tính chất hoá lý, tính năng sử dụng và tính thực tế ở trên có thể rút ra thành phần sơ bộ của các dung dịch chất tải lạnh nghiên cứu có hàm lượng nước khác nhau được đưa ra trong bảng dưới đây:

TT	Thành phần	Tỷ lệ (% khối lượng)
TT	Thành phần	APP-FA C	APP-FA	APP-FA W
1	Propylen Glycol (PG)	91 ÷ 95	APP-FA C : 65% Nước cất : 35%	APP-FA C:30% Nước cất : 70%
2	Nước cất	2 ÷ 3
3	Phụ gia chống ăn mòn	3 ÷ 5
4	Phụ gia chống tạo bọt	0,05 ÷ 1,00